JPH02305008A - 微小電流源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下のｊ頃序で本発明を説明する。

Ａ　産業上の利用分野 Ｂ　発明の概要 Ｃ従来の技術 Ｄ　発明が解決しようとする課題 Ｅ　課題を解決するための手段（第１図）Ｆ　作用 Ｇ　実施例 Ｇ１　実施例（基本構成）（第１図） Ｇ２　実施例（具体的構成）（第２図）Ｇ、他の実施例
（第３図） Ｈ発明の効果 Ａ　産業上の利用分野 本発明は、例えば数ｎＡ〜数百ｎＡ程度の微小電流を作
成する微小電流源に関する。

Ｂ　発明の概要 本発明は、例えば数ｎＡ−敗百ｎＡ程度の微小電流を作
成する微小電流源において、エミッタ面積が大小の１対
のトランジスタからなり、入力電流を所定比率で逓減し
た出力電流を得るカレントミラー回路を複数没設けると
共に、前段のカレントミラー回路の入力端トランジスタ
のコレクタ電流に相当する電流を側路させて、前段のカ
レントミラー回路の出力電流を後続投のカレントミラー
回路に順次供給することにより、複数のカレントミラー
回路の電流逓減比が相乗されて、比較的小さな占有面積
できわめて大きい逓減比の所要の微小電流が高精度で安
定に得られるようにしたものである。

Ｃ従来の技術 従来、例えば映像機器内の各回路に使用する長時定数を
持ったフィルタを構成する場合、数ｎＡ〜数百ｎＡ程度
の微小電流を供給する必要があった。この１散小電流は
、各回路が搭載される集積回路内で、いわゆるカレント
ミラー回路により電源電流を所定比率に逓減して作成し
ている（米国特許第３．３２０．４３９号及び第３．　
：１９１．３１１号等参照）。

従来のこの種の微小電流源は、例えば第４図Ａ及び已に
示す如く、第１の電流（１）をｎｐｎ型のトランジスタ
（２Ｎ）のコレクタに接続し、このトランジスタ＜２Ｎ
）のベース・コレクタ間を接続する。そして、トランジ
スタ（２Ｎ）のベースをｎｐｎ型のトランジスタ（３）
のベースに接続し、このトランジスタ（３）のコレクタ
を第２の電流（４）に接続する。第４図Ａの例では、両
トランジスタ（２，す及び（３）のエミッタを直接に接
地し、第４図Ｂの例では、それぞれ抵抗器（５）及び（
６）を介して接地する。抵抗器（５）及び（６ンの抵抗
値をＲ５＝Ｒ，／Ｎと設定する。トランジスタ（２Ｎ）
とトランジスタ（３）とのエミッタサイズの比をＮ：１
に設定し、第１の電流（１）の電流値をｒ＋ｇ＋　　第
２の電流（４）の電流値をｒ。とすると、１、＝　１．
、／Ｎとなり、第２の電流〔４）に第１の電流（１）の
電流値のｌ　／　Ｎの電流が得られ、微小電流が作成さ
れる。

また、第４図Ｃ及びＤに示す例では、第１の電流（１）
をｎｐｎ型のトランジスタ（２）のコレクタに接続し、
このトランジスタ（２）のエミッタを接地すると共に、
ベース・コレクタ間を接続する。そして、トランジスタ
（２）ｂベースをｎｐｎ型のトランジスタ（３）　ｔ　
ｆ、：、は（３Ｎ）のベースに接続し、このトランジス
タ（３）またはく３Ｎ）のエミッタを抵抗器（７）マた
は（８）を介して接地すると共に、コレクタを第２の電
流（４）に接続する。このようにすることで、第１（７
）＃ｊ子（１）の電流値の所定比率の電流信号が第２の
電流（４）に得られる。

一般に、トランジスタのベース・エミッタＭＮ圧ｖＢｇ
とコレクタ電流■。との間には、よく知られているよう
に、次の（１）式または（２）式に示すような関係が成
立する。

Ｉｃ＝　Ｉｓ　　ｅ　Ｘ　Ｉ）　（ｑＶｓＥ／　ｋ　Ｔ
）　　＝・・（Ｌ）ＶＢＥ＝　（ｋＴ／Ｑ）Ｒｎ（Ｉｃ
／ｆｓ）＝　Ｖｒ　ｌｎ　（Ｉｃ／　Ｉ　ｓ）　　　　
　　・・”（２）ここに　工、：飽和電流 ｑ　：電子の電荷 ｋ　：ボルッマン常数 Ｔ　：絶対温度 ＶＴ：熱電圧（常温で約２６ｍν） この（２）式を第４図Ｃの両トランジスタ（２）及び（
３）に適用すれば、抵抗器（７）の抵抗値をＲ□として
、次の〔３〕式が成立する。

ＶＴ　Ｉｌｎ　（Ｉ　ＩＮ／　Ｉ　Ｓ２　＞＝　ＶＴ　
ｌｎ　（Ｌ／　ｌ５３）　＋　Ｉａ　Ｒ’ｙ　＝　・１
３）１、、＝Ｎ−１，なる関係を用いて（３）式を整理
すれば、トランジスタ（３）のコレクタ電流１ｏ　は次
の（４）式のように表わされる。

１ｏ−（ＶＴ　’　１ｎＮ）／Ｒ７’・”（４）第４図
りの場合も、抵抗値をＲ８に置換えて、全く同様に表わ
される。

Ｄ　発明が解決しようとする課題 ところが、このような従来の回路構成では、種々の問題
があった。即ち、第４図Ａ及び已に示した回路構成の場
合、トランジスタのエミッタサイズ比がそのまま電流比
になるため、例えば人力電流の１％以下の微小電流を集
積回路内で作成するようにすると、入力端のトランジス
タ（２Ｎ）のために非常に大きな面積を必要とし、集債
回路肖成の点から現実的ではない。また、第４図Ｃ及び
Ｄに示した回路構成の場合、出力側のトランジスタ（３
）または（３Ｎ）に接続した抵抗器（７）または（８）
が数Ω程度のものを必要とし、この抵抗器の温度変動に
よる特性変化や特性自体の不均一のため、得られる微小
電流を一定に保つのが困難であった。

本発明の目的は、かかる点に鑑み、比較的小さな占有面
積できわめて大きい逓減比の所要の微小電流が高精度で
安定に得られる微小電流源を提供するところにある。

Ｅ　課題を解決するための手段 本発明は、大エミッタ面積の一方のトランジスタのコレ
クタ及びベースが小エミッタ面積の他方のトランジスタ
のベースに接続されると共に、一方及び他方のトランジ
スタのエミッタが接続されてなるカレントミラー回路を
備え、このカレントミラー回路に入力電流ｒ＋ｘを供給
して他方のトランジスタのコレクタ電流に相当する所定
逓減比率の出力電流を得るようにした微小電流源におい
て、カレントミラー回路（３０）、　＜４０）　　を複
数段設けると共に、前段のカレントミラー回路（３０）
の一方のトランジスタ（３１Ｌ）　　のコレクタ電流に
相当する電流を後続段のカレントミラー回路（４０）か
ら側路させる手段（２０）を設け、前段のカレントミラ
ー回路の出力電流を後続段のカレントミラー回路に順次
供給して、終段のカレントミラー回路から所要の微小電
流■。を得るようにした微小電流源である。

Ｆ　作用 斯る回路構成によると、占有面積が比較的小さく、集積
回路化に適した比較的簡単な構成で、きわめて大きい逓
減比の所要の微小電流が高い精度で安定に得られる。

Ｇ　実施例 Ｇ、実施例（基本構成） 以下、本発明による微小電流源の一実施例を、第１図を
参照して説明しよう。

本発明の一実施例の基本構成を第１図に示す。

この第１図の実施例は集積回路内に構成されたもので、
第１図において（１０）、　（２０）　　は電流値が等
しい定電流源、（３０）、　（４０）　　はそれぞれ逓
減型のカレントミラー回路であって、ダイオード接続の
各一方のトランジスタ（３１Ｌ）　　及び（４１Ｍ）　
　は、大エミッタ面積とするため、初段のカレントミラ
ー回路（３０）ではＬ個のトランジスタが並列接続され
、終段のカレントミラー回路（４０）ではＭ個のトラン
ジスタが並列接続される。

一方の定電流源（１０）がカレントミラー回路（３０）
の一方のトランジスタ（３１Ｌ）　　のコレクタと電源
Ｖｃｃとの間に接続されると共に、他方のトランジスタ
（３２）のコレクタは電源Ｖｃｃに直接に接続され、両
トランジスタＤＩＬ）　及び（３２）のエミッタとアー
スとの間に共通に、他方の定電流源（２０）と終段のカ
レントミラー回路（４０）の一方のトランジスタ（４１
Ｍ＞　　のコレクタ・エミッタが並列に介挿される。

そして、他方のトランジスタ（４２）のコレクタから電
流（４３）が導出される。

第１図の実施例の動作は次のとおりである。

初段及び終段のカレントミラー回路（３０）及び（４０
）の電流逓減率は、各トランジスタ対（３１Ｌ）。

（３２）及び（４１Ｕ、　（４２）のエミツタ面積比と
同じく、それぞれ１／Ｌ及び１／Ｍであり、定電流源（
１０）からトランジスタ（３１Ｌ）のコレクタに入力電
流１１Ｎが供給されると、他方のトランジスタ（３２）
のコレクタ電流はＩＩＮ／Ｌとなる。

本実施例では、定電流源（１０）と等しい電流値の定電
流源（２０）が両トランジスタ（３１Ｌ）　　及び（３
２）のエミッタに共通に接続されており、一方のトラン
ジスタ（３１Ｌ）　　のコレクタ電流■、がそのまま定
電流源（２０）に流入する。

これにより、終段のカレントミラー回路（４０）のトラ
ンジスタ（４１１，１）　　のコレクタには、初段のカ
レントミラー回路（３０）のトランジスタ（３２〉のコ
レクタ電流１ｔｓ／Ｌだけが流入し、カレントミラー回
路（４０）において更に１／Ｍに逓減されて、トランジ
スタ（４２）のコレクタに得られる出力電流は次の（５
）式のように表わされる。

Ｉｏ”　　Ｉ　ＩＮ／　Ｌ　　”　Ｍ　　　　　　　　
　　　　　・・”（５）Ｇ２　実施例（具体的構成） 次に、第２図を参照しながら、前出第１図の実施例を３
段に拡張した場合について説明する。

第２図において、定電流源（１０）は、演算増幅器（１
１）の非反転入力電流に基準電圧源（１２）を接続し、
この演算増幅器（１１）の出力電流にｎｐｎ型のトラン
ジスタ（１３）のベースを接続し、このトランジスタ（
１３）のエミッタを演算増幅器（１１）の反転入力電流
と外部電流（１４）とに接続する。この外部電流（１４
）とアースの間に外付けの抵抗器（１５）が接続される
。

ｎｐｎ　トランジスタ（１３）のコレクタには、いずれ
もｐｎｐ型のトランジスタ（１６）のコレクタとトラン
ジスタ（１７）のベースとが接続され、トランジスタ（
Ｉ７）のエミッタとトランジスタ（１６）のベースとが
接続されると共に、このトランジスタ（１６）のベース
がｐｎｐトランジスタ（１８）、　（１９）　　の各ベ
ースに共通に接続され、トランジスタ（１６）、　（１
８）。

（１９）のエミッタが電源ＶＣＣにそれぞれ接続され、
トランジスタ（１７）のコレクタが接地されて、ベース
電流の影響を除去した、良好な整合性のカレントミラー
回路が構成される。

一方のｐｎｐトランジスタ（１８）のコレクタが、いず
れもｎｐｎ型のトランジスタ（２１）のコレクタ及ヒベ
ースとトランジスタ（２２）のベースとに接続され、両
トランジスタ（２１）及び（２２）のエミッタが接地さ
れ、定電流源（２０）としてのカレントミラー回路が構
成される。

定電流源（１０）の他方のｐｎｐ）ランジスタ（１９）
のコレクタと、カレントミラー回路（３０）のトランジ
スタ（３１イ　　のコレクタとが接続され、トランジス
タ＜３１Ｌ）　　及び（３２）のエミッタに共通に、定
電流源（２０）のｎｐｎ）ランジスタ（２２）のコレク
タが接続される。

カレントミラー回路（３０）のトランジスタ（３２）の
コレクタと、［）７１ｐトランジスタ（３３）のコレク
タ及びベースと、ｐｎｐ）ランジスタフ３４）のベース
とが接続され、両トランジスタ（３３）及び（３４）の
エミッタがそれぞれ電源Ｖ　ｃｃに接続されて、両トラ
ンジスタ（３３）及び（３４）によりカレントミラー回
路が構成される。

（５０）は定電流源としてのカレントミラー回路であっ
て、ｐｎｐトランジスタ（３４）のコレクタが１対のｎ
ｐｎ　トランジスタ（５１）及び（５２）のベースに共
通に接続され、一方のトランジスタ（５１）のコレクタ
とベースが接続される。両トランジスタ（５１）及び（
５２）のエミッタは接地される。

トランジスタ（５２）のコレクタはカレントミラー回路
（４０）のｎｐｎ　）ランジスタ（４１Ｍ）　　及び（
４２）のエミッタに共通に接続される。トランジスタ（
４２）のコレクタは、ｎｐｎトランジスタ（４４）のエ
ミッタ・コレクタ及び抵抗３　（４５）を介して電源Ｖ
ｃｃに接続され、トランジスタ（４４）のコレクタ・ベ
ース間とベース・エミッタ間に抵抗器（４６）、　（４
７）　　がそれぞれ接続される。

（６０）は逓減型の第３段のカレントミラー回路であっ
て、ｎｐｎ型のトランジスタ（６１Ｎ）　　のコレクタ
とトランジスタ＜６２）のベースとが接続され、トラン
ジスタ（６２）のエミッタとトランジスタ（６１Ｎ）の
ベースとが接続されると共に、このトランジスタ（６１
Ｎ）　　のベースがｎｐｎ　）ランジスタ（６肋のベー
スに接続されて、ベース電流の影響が除去され、良好な
整合性が得られる。

なお、前述の各カレントミラー回路のダイオード接続の
各トランジスタのコレクタ・ベース間に別のトランジス
タのベース・エミッタを介挿して整合性を良くすること
もできる。

カレントミラー回路（６０）のトランジスタ（６１Ｎ＞
のコレクタは前段のカレントミラー回路（４０）のトラ
ンジスタ（４１Ｍ）　　及び（４２）のエミッタに共通
に接続される。トランジスタ（６１Ｎ）、　（６３）の
エミッタがそれぞれ接地され、トランジスタ（６２）の
コレクタが電源Ｖ　ｃｃに接続される。トランジスタ（
６３）のコレクタから電流（６４）が導出される。

本実施例め動作は次のとおりである。

基準電圧源（１２）の出力電圧をＶ　ｒｅｆ　とし、外
付けの抵抗器（１５）の抵抗値をＲＩ　５とすれば、こ
の抵抗器（１５）に流れる入力電流ＩＮＮは、Ｉｒｘ＝
Ｖｒｅｒ／Ｔ＜１５　　　　　　　　　　−−−−（６
）のように表わされる。

トランジスタ（１３）のエミッタには（６）式に示した
入力電流ｒ＋ｘが流れ、この入力電流【Ｉイが、カレン
トミラー接続のｐｎｐトランジスタ（１６）、　（１８
）及び（１９）を介して、定電流源（２０）のトランジ
スタ（２１）とカレントミラー回路（３０〉のトランジ
スタ（３１Ｌ）　　のコレクタにそれぞれ供給される。

定電流、！（２０＞の両トランジスタ（２１）及び（２
２）のコレクタ電流はそれぞれ入力電流ＩＩ、Ｉと等し
くなり、前述と同様に、カレントミラー回路（４０〉の
トランジスタ（４１Ｍ）　　のコレクタには、初段のカ
レントミラー回路（３０）のトランジスタ（３２）のコ
レクタ電流１１１Ｉ／Ｌだけが流入する。第２図の場合
、カレントミラー接続のｐｎｐ　）ランジスタ（３３）
、　（３４）を介して、この電流Ｉｔ、Ｉ／Ｌが定電流
源（５０）に伝達され、トランジスタ（５２）のコレク
タには、次段のカレントミラー回路（４０）のトランジ
スタ（４１Ｍ）のコレクタ電流に相当する電流ＩｒＷ／
Ｌが流入する。

そして、カレントミラー回路（４０）において１／Ｍに
逓減された出力電流だけが終段のカレントミラー回路（
６０）に流入し、ここで更に１／Ｎに逓減されて、トラ
ンジスタ（６３）のコレクタに得られる出力電流は次の
（７）式のように表わされる。

■ｏ−■□／Ｌ−Ｍ−Ｎ　　　　　　・・・・（７）第
２図の実施例の場合、トランジスタ（４２）のコレクタ
と電源Ｖｃｃと間にトランジスタフ４４）を介挿して、
トランジスタ（４１Ｍ）　　及び（４２）のコレクタ・
エミッタ間電圧Ｖ。６を揃え、逓減比の精度を向上させ
ている。

第２図の実施例で、３段のカレントミラー回路（３０）
、　（４０）　　及び（６０）の各トランジスタのエミ
ツタ面積比をそれぞれ１０：１とすれば、約４０素子に
よって１／１０００の安定な総合電流逓減比が得られ、
第４図Ａ、Ｂの従来例と比較して、ｒＣ上の占有面積が
著しく削減される。

上述の実施例では、電流逓減比が各カレントミラー回路
の各トランジスタのエミッタサイズ比により定まるよう
にしたので、集積回路内の各素子の絶対値に不均一があ
っても比は一定に保たれ、安定した高い精度で電流■。

が得られる。

また、抵抗器（１５）を集積回路外の外付は部品とする
と共に、例えば２．１ｖの基準電圧Ｖｒｅｆを集積回路
内の基準電圧源（１２）で作成するようにしたので、（
５）式に示される如く、電流Ｉ。は電源電圧ＶＣＣの変
動及び周囲温度の変化に全く影響を受けない。

第１図及び第２図から明ろかなように、本実施例では出
力側のトランジスタ（４２）、　（６３）　　の各エミ
ッタがほぼアース電位にあるので、各コレクタの電圧が
Ｖｃａ（Ｓａｔ）　　まで低下しても充分動作し、対象
となる回路の電圧条件が緩和される。

Ｇ３他の実施例 次に、第３図を参照しながら、本発明の他の実施例につ
いて説明する。

本発明の他の実施例の基本構成を第３図に示す。

この第３図においては、初段のカレントミラー回路（３
０Ｐ）　　かに：１のエミツタ面積比のｐｎｐトランジ
スタ（３１Ｋ）　　及び（３２Ｐ）　　で構成される。

両トランジスタ（３１Ｋ）　　及び（３２Ｐ）　　のベ
ース及びエミッタがそれぞれ接続され、このエミッタに
入力電流Ｉ０が供給される。一方のトランジスタ（３１
Ｋ）　　のベースとコレクタが接続され、抵抗器（２Ｏ
Ｒ）　　を介して接地される。他方のトランジスタ（３
２Ｐ）　　のコレクタが、次段のカレントミラー回路（
４０）のｎｐｎトランジスタ（４１Ｍ）　　のコレクタ
及びベースとトランジスタ（４２）のベースに共通に接
続され、トランジスタ（４２）のコレクタから電流（４
３）が導出される。

なお、抵抗１１（２０）は短絡されてもよく、トランジ
スタのコレクタ・エミッタが介挿されてもよい。

第３図の実施例の場合、初段のカレントミラー回路（３
０Ｐ）　　において、入力電流ｒ＋ｓかに：１の比率で
両トランジスタ（３１Ｋ）　　及び（３２Ｐ）　　のコ
レクタに配分され、トランジスタ＜３１Ｋ）　　のコレ
クタ電流■１イ・Ｋ／（Ｋ＋１）は抵抗器（２ＯＲ）　
　に流入し、トランジスタ（３２Ｐ＞　　のコレクタ電
流１＋、Ｉ／　（Ｋ＋１）だけが次段のカレントミラー
回路（４０）に供給される。この電流がカレントミラー
回路（４０）において更に１　／　Ｍに逓減されて、ト
ランジスタ（４２）のコレクタに得られる出力電流は次
の（８）式のように表わされる。

１ｏ＝　Ｌｍ／　（Ｋ＋１）　・Ｍ　　　　　　・・＝
（８）第３図の実施例も、前述の実施例と同様の効果を
奏する。

なお、本発明は上述の実施例に限らず、本発明の要旨を
逸脱することなく、その他種々の構成を取り得ることは
勿論である。

Ｈ発明の効果 以上詳述のように、本発明によると、エミッタ面積が大
小の１対のトランジスタからなり、入力電流を所定比率
で逓減した出力電流を得るカレントミラー回路を複数段
設けると共に、前段のカレントミラー回路の入力端トラ
ンジスタのコレクク電流に相当する電流を側路させて、
前段のカレントミラー回路の出力電流を後続段のカレン
トミラー回路に順次供給するようにしたので、複数のカ
レントミラー回路の電流逓減比が相乗されて、比較的小
さな占有面積できわめて大きい逓減比の所要の微小電流
を？ＦＩ精度で安定に得ることができる微小電流源が得
られる。

図面の簡単な説明 第１図及び第２図は本発明による微小電流源の一実施例
の基本構成及び具体的構成を示す結線図、第３図は本発
明の他の実施例の構成を示す結線図、第４図は従来の微
小電流ｌ原の構成例を示す結線図である。

（１０）は電流源、（２０）、　（５０）　　は定電流
源、＜３０）。

（３０Ｐ）、　（４０）、　（６０）　　はカレントミ
ラー回路、Ｉτ、は入力電流、１．は所要の微小電流で
ある。

代　　理　　人　　　　　松　　隈　　秀　　盛第３図 社り例 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 大エミッタ面積の一方のトランジスタのコレクタ及びベ
   ースが小エミッタ面積の他方のトランジスタのベースに
   接続されると共に、上記一方及び他方のトランジスタの
   エミッタが接続されてなるカレントミラー回路を備え、
   このカレントミラー回路に入力電流を供給して上記他方
   のトランジスタのコレクタ電流に相当する所定逓減比率
   の出力電流を得るようにした微小電流源において、上記
   カレントミラー回路を複数段設けると共に、前段のカレ
   ントミラー回路の上記一方のトランジスタのコレクタ電
   流に相当する電流を後続段のカレントミラー回路から側
   路させる手段を設け、上記前段のカレントミラー回路の
   上記出力電流を上記後続段のカレントミラー回路に順次
   供給して、 終段のカレントミラー回路から所要の微小電流を得るよ
   うにしたことを特徴とする微小電流源。